Pollos resistentes a la gripe aviar

Pollos usando mascarillas. Fue un meme muy popular a fines de 2022, cuando una epidemia de gripe aviar amenazó la industria avícola peruana. SENASA declaró una emergencia sanitaria nacional. Las aves costeras la pasaron muy mal. Se contabilizaron más de 560 mil víctimas, principalmente guanayes, piqueros y pelícanos. No solo eso. El virus A/H5N1 linaje 2.3.4.4b saltó a los mamíferos, matando a unos 10 mil lobos marinos y algunos delfines. Esto generó preocupación en el sector salud por el riesgo de infección en seres humanos.

La gripe aviar es una amenaza constante para la sanidad animal y salud pública. Por ello, investigadores del Instituto Roslin de la Universidad de Edimburgo, el mismo lugar donde se clonó la oveja Dolly en 1996, emplearon técnicas de edición genética para desarrollar pollos resistentes a este mortal virus.

Inactivar la polimerasa

Los virus son básicamente un poco de ácido nucleico (ADN o ARN) envueltos en proteína. Su único objetivo en la vida es generar miles de copias de sí mismos. Para hacerlo, invaden una célula hospedera y la convierten en fábrica de partículas virales.

El genoma de la gripe aviar A/H5N1 tiene ocho genes que codifican once proteínas. Tres de ellas (PB1, PB2 y PA) son responsables de transcribir y replicar su material genético (enzima polimerasa), pero requieren del apoyo de las proteínas ANP32 producidas por el propio hospedero.

Los pollos tienen dos versiones de esta proteína: ANP32A y ANP32B, pero solo la primera interactúa con la polimerasa viral. Esto se debe a que la ANP32B tiene dos aminoácidos diferentes (isoleucina y asparagina) en las posiciones 129 y 130 del cuarto exón, que impiden la interacción con la enzima del virus.

Cambios de nucleótidos (letras rojas) A por T y G por A introducen modificaciones en los aminoácidos de ANP32A. Fuente: Idoko-Akoh et al., 2023. 

Empleando la tecnología CRISPR/Cas9, los investigadores del Instituto Roslin insertaron cambios específicos en el cuarto exón del gen ANP32A de células germinales de pollo para que codifique los aminoácidos isoleucina y asparagina, y así evitar que la polimerasa viral funcione. A esta nueva proteína la llamaron ANP32A-GE (por ‘genome editing’). La modificación genética fue precisa. No hubo modificaciones en otras regiones del genoma y los pollos se desarrollaron sin problemas.

Para saber si los pollos ANP32A-GE eran resistentes a la gripe aviar, los infectaron con la cepa H9N2-UDL de baja patogenicidad (por precaución). Se observó una alta resistencia a dosis bajas, mientras que a dosis altas presentaban una infección limitada y esporádica. Además, las aves no transmitían los virus a otros individuos.

Adaptación viral

Una característica de los virus de la gripe aviar es que mutan con mucha frecuencia para sortear la inmunidad adquirida por las aves. Por ello, los investigadores secuenciaron el genoma de aquellos presentes en los pollos ANP32A-GE que fueron sometidos a dosis altas de H9N2-UDL y resultaron infectados. Se detectaron mutaciones en los genes de la polimerasa que le confieren adaptación a la proteína ANP32A modificada.

Se identificaron dos mutaciones en las polimerasas virales (PA-E349K y PB2-M631L) que les permitían replicarse, aunque de forma reducida, en huevos de pollo que carecían de ANP32A. Un análisis in vitro también reveló que estas mutaciones les facultaban a utilizar las proteínas ANP32A y B humanas, que normalmente no son compatibles con la polimerasa de la gripe aviar, lo que indica una adaptación parcial al huésped mamífero.

Localización de los aminoácidos mutados de los virus aislados de pollos ANP32A-GE. Fuente: Idoko-Akoh et al., 2023. 

Para evitar que el virus se adapte a las mutaciones en las proteínas ANP32, los investigadores generaron células de pollo que carecían de los tres miembros de la familia ANP32 (A, B y E) mediante edición genética. Estas células no mostraron actividad de la polimerasa ni replicación viral, incluso de los virus mutados.

Limitaciones

Generar más de una modificación en un mismo animal hubiera sido todo un reto hace unos años, pero gracias a las herramientas de edición genética, ahora es posible con relativa facilidad. Sin embargo, inactivar los genes ANP32 sería inútil si esto genera una pérdida de la aptitud de las aves; por ejemplo, efectos sobre el desarrollo, en el aumento de peso o la fecundidad, o el aumento de la susceptibilidad a otros patógenos aviares.

Estos pollos resistentes a la gripe aviar no estarán disponibles en el corto plazo. Fue una prueba de concepto que demostró la facilidad de generar cambios intencionales en el genoma de las aves de manera precisa, con resultados esperados. Al mismo tiempo, nos alerta la necesidad de monitorear la evolución de los virus, pues al sortear la resistencia del hospedero podrían adaptarse mejor a otros.

Referencia:

Idoko-Akoh, et al. (2023). Creating resistance to avian influenza infection through genome editing of the ANP32 gene family. Nature Communications, 14(1). doi: 10.1038/s41467-023-41476-3

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Situación regulatoria de la edición genética de plantas

Desde hace 10 000 años, los seres humanos hemos moldeado diversas especies vegetales de acuerdo con nuestras necesidades e intereses. A veces parecemos olvidarlo. Seleccionamos plantas con frutos más grandes, con menos pepas y una cáscara fácil de pelar. Decidimos los entrecruzamientos. Provocamos mutaciones, duplicamos sus genomas e insertamos genes de otras especies. Las plantas que hoy consumimos tienen poco de natural. Muchas ni siquiera podrían subsistir sin intervención humana.

Con el descubrimiento de la estructura del ADN (1953) y el desarrollo de técnicas para leer secuencias genéticas (1975), el mejoramiento genético de plantas pasó a otro nivel. Por primera vez tuvimos la capacidad de introducir nuevas características en los cultivos tomando prestados genes de otras especies. Las barreras naturales de la reproducción dejaron de ser una limitante.

Los cultivos transgénicos llegaron al mercado en la década de 1990. Pero debido a que se desconocían los efectos que tendrían los genes introducidos en sus nuevos hospederos, o cómo se comportarían estos cultivos modificados en los ambientes naturales, se optó por un enfoque precautorio. Ningún cultivo transgénico podía comercializarse sin una evaluación de riesgos previa. Como resultado, en el 2000 se aprobó el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología, un acuerdo multilateral ratificado por el Perú en 2004.

Los transgénicos nunca estuvieron libres de controversia. La percepción pública fue mayoritariamente negativa, a pesar de que las investigaciones científicas demostraban su seguridad. Existían preocupaciones válidas que no fueron atendidas de forma transparente. Se optó por aplacar las críticas en vez de explicar y educar. Como consecuencia, algunos países optaron por diferentes tipos de restricciones para el uso de esta tecnología en la agricultura.

Perú estableció una moratoria en diciembre de 2011 (Ley N° 29811). En ese entonces, solo había cultivos transgénicos, principalmente maíz, soya, algodón y canola. Por esta razón, el ámbito de aplicación de la Ley N° 29811 (artículo 1) es para los organismos vivos modificados (término empleado en el Protocolo de Cartagena) con fines de cultivo o crianza a ser liberados en el ambiente. No se contempló que podrían existir otro tipo de transgénicos (como mosquitos empleados en el control biológico). Mucho menos se presagió que un año después, una investigadora norteamericana y otra europea, desarrollarían una tecnología que revolucionaría la industria biotecnológica.

Jennifer Doudna y Emanuelle Charpentier, sobre la base de un mecanismo de defensa de las bacterias contra las infecciones virales, crearon una herramienta molecular capaz de cortar el ADN en regiones específicas del genoma. Esto les valió el Premio Nobel de Química en el 2020. Esta tecnología, conocida como nucleasas sitio dirigidas (SDN), consta de dos partes: una enzima capaz de cortar el ADN (la nucleasa Cas9 es la más conocida, pero hay otras) y una molécula de ARN que podemos diseñar para guiar a la nucleasa hacia el lugar de corte.

NHEJ: Unión de extremos no homólogos. RH: Recombinación homóloga. En la SDN-1 y SDN-2 no hay introducción de material genético exógeno (no serían OVM). Adaptado de Podevin et al (2013).

Cuando el material genético sufre una ruptura —un fenómeno que ocurre todo el tiempo— las células activan sus mecanismos innatos de reparación del ADN. Pueden pegar los dos extremos expuestos con el riesgo de perder información y generar una mutación aleatoria que puede inactivar un gen; o pueden utilizar una plantilla de ADN complementaria para restaurar la secuencia original. Las SDN aprovechan este mecanismo para inactivar genes de manera precisa, o para introducir cambios específicos en la secuencia genética. En ningún caso hay introducción de material genético extraño o genes de otras especies. Entonces, ¿los productos desarrollados a través de estas herramientas son OVM, OGM o transgénicos?

La respuesta, aunque parece obvia (no lo serían), no es tan simple porque depende de lo que cada país ha definido como OVM, OGM o transgénico en sus regulaciones. La mayoría, especialmente en Latinoamérica, emplea la definición de OVM del Protocolo de Cartagena y han decidido que los productos desarrollados por edición genética no lo son (países en verde). Los consideran convencionales o las regulaciones son más simples. Otros países que tomaron una decisión similar son Japón, Australia, India, Kenia, Nigeria, Filipinas, entre otros.

Por su parte, Nueva Zelanda y Sudáfrica si los consideran como OGM, pues su definición engloba diversas herramientas que producen modificaciones en el ADN. La Unión Europea tuvo una posición similar por una interpretación de su tribunal de justicia en 2018. Sin embargo, en julio pasado la Comisión Europea presentó un proyecto legislativo que exonera de la regulación de OGM a diversos productos que emplean nuevas técnicas genómicas. Incluso Ecuador, donde los cultivos transgénicos están prohibidos a nivel de su Constitución Política, ya tomaron una decisión favorable a la edición genética. El panorama se va tornando verde.

El Perú también inició estas discusiones en un contexto de moratoria a los OVM, que fue extendida hasta el 2035 por la Ley N° 31111. Se deben establecer criterios técnicos y objetivos para definir la situación regulatoria de los productos de edición genética y de otras herramientas biotecnológicas que vienen surgiendo. Debe haber claridad normativa. Se deben generar espacios de discusión abiertos y transparentes, como los que se dieron hace un par de semanas en el Martes Agrario, organizado por CONVEAGRO, y el I Foro Nacional de Semillas, organizado por la Asociación Peruana de Semillas, donde tuve la oportunidad de exponer sobre estos temas.

Nuestro país, gracias a su agrobiodiversidad, tiene un enorme potencial con la edición genética, especialmente, para hacer frente a los efectos adversos de la crisis climática. Por ello, los pequeños agricultores que la conservan son una pieza clave en el desarrollo biotecnológico y deben ser compensados de forma justa y equitativa por ello.

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